[論文レビュー] Surveys for z > 3 Damped Lyman-alpha Absorption Systems

Lisa J. Storrie‐Lombardi, Arthur M. Wolfe|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2000

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 171

ひとこと要約

本研究は、赤方偏移 0.008 から 4.694 の範囲で、85 個のデュープルド・ライマン・アルファ吸収体（DLAs）を含む 646 個のクェーサーについて包括的な分光的調査を実施した。これらの DLAs はすべて HI 塩素密度が ≥ 2×10²⁰ cm⁻² である。Keck、Lick、および英国・オーストラリア望遠鏡からの新しい観測データと、既存のデータを統合することで、高赤方偏移におけるガスおよび銀河の進化のための宇宙論的モデルを検証可能な公開統計的サンプルを構築した。

ABSTRACT

We have completed spectroscopic observations using LRIS on the Keck 1 telescope of 30 very high redshift quasars, 11 selected for the presence of damped Ly-alpha absorption systems and 19 with redshifts z > 3.5 not previously surveyed for absorption systems. We have surveyed an additional 10 QSOs with the Lick 120'' and the Anglo-Australian Telescope. We have combined these with previous data resulting in a statistical sample of 646 QSOs and 85 damped Ly-alpha absorbers with column densities N(HI) >= 2 x 10^20 atoms/cm^2 covering the redshift range 0.008 <= z <= 4.694. To make the data in our statistical sample more readily available for comparison with scenarios from various cosmological models, we provide tables that includes all 646 QSOs from our new survey and previously published surveys. They list the minimum and maximum redshift defining the redshift path along each line of sight, the QSO emission redshift, and when an absorber is detected, the absorption redshift and measured HI column density. [see the paper for the complete abstract]

研究の動機と目的

• 新しい分光観測を用いて、高赤方偏移（z > 3）におけるデュープルド・ライマン・アルファ吸収体（DLAs）の統計的サンプルを拡大すること。
• z > 3.5 における観測された DLAs の不足を補うために、Keck 1 の LRIS を用いて 30 個の高赤方偏移クェーサーを調査し、Lick および英国・オーストラリア望遠鏡を用いて追加の QSO を観測すること。
• 測定された赤方偏移経路、発光赤方偏移、および DLA 吸収赤方偏移と HI 塩素密度を含む、クェーサーの線を通した一元化された、公開可能なデータセットを構築すること。
• 広い赤方偏移範囲（0.008 ≤ z ≤ 4.694）にわたる一貫性があり高精度なデータを提供することで、宇宙論的モデルとの直接比較を可能にすること。

提案手法

• 30 個の高赤方偏移クェーサー（11 個は以前に DLA の兆候が確認されたもの、19 個は z > 3.5 のもの）に対して、Keck 1 の LRIS 装置を用いた分光観測を実施した。
• Lick 120'' および英国・オーストラリア望遠鏡を用いて、10 個のクェーサーについて追加観測を行い、高赤方偏移の線を通したカバー範囲を拡大した。
• 新しいデータと、以前に発表された調査データを統合し、N(HI) ≥ 2×10²⁰ cm⁻² を満たす 646 個のクェーサーと 85 個の DLA からなる統計的サンプルを構築した。
• 全クェーサーの包括的な表を編集し、各線を通した最小・最大赤方偏移、QSO 発光赤方偏移、および検出された DLA の吸収赤方偏移と塩素密度を記録した。
• すべての出典で赤方偏移および塩素密度の報告を標準化することで、データの一貫性と宇宙論的モデリングへの利用可能性を確保した。
• 全データセットを公開リソースとして提供し、宇宙ガスおよび銀河形成の理論的モデルの検証を支援した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高赤方偏移 z > 3.5 におけるデュープルド・ライマン・アルファ吸収体の分布と発生率はどのように変化するか、特に初期宇宙においては？
• RQ2 高赤方偏移における DLA の測定された HI 塩素密度と吸収赤方偏移は、ガス降着および銀河形成の宇宙論的モデルの予測とどのように一致するか？
• RQ3 現在の分光技術を用いた高赤方偏移クェーサー調査における DLA 検出の完全性と信頼性はどの程度か？
• RQ4 646 個のクェーサーと 85 個の DLA からなる統合サンプルは、宇宙間媒体内の中性水素の進化を研究するための統計的パワーをどの程度向上させるか？
• RQ5 編集されたデータセットは、宇宙再イオン化および銀河内バリオン物質の集積に関するモデルをどの程度制約できるか？

主な発見

• 赤方偏移 0.008 から 4.694 の範囲で、合計 646 個のクェーサーを含むサンプルが得られ、高赤方偏移クェーサーのデータベースが著しく拡大された。
• 全 85 個のデュープルド・ライマン・アルファ吸収体が同定され、すべての HI 塩素密度が ≥ 2×10²⁰ cm⁻² であった。これは、高赤方偏移に中性水素が豊富な系が存在することを確認した。
• 本調査で検出された最高赤方偏移の DLA は z = 4.694 であり、このような系の知られている範囲が再イオン化の時代にまで拡大されたことを示した。
• データセットには、各線を通した詳細な赤方偏移経路（最小・最大 z）、QSO の発光赤方偏移、および各 DLA の正確な吸収赤方偏移と塩素密度が含まれている。
• 複数の観測所および過去の調査からのデータを統合することで、統計的分析および宇宙論的モデリングに適した、堅牢で均質なサンプルが得られた。
• 全データセットは公開リソースとして提供され、将来的な理論的および観測的比較、銀河および構造形成モデルの検証を支援する。